【文档说明】高考物理一轮复习课件第12章波粒二象性原子结构与原子核第34讲原子结构与原子核 (含详解).ppt，共(60)页，2.690 MB，由MTyang资料小铺上传

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第十二章波粒二象性原子结构与原子核高考总复习·物理第34讲原子结构与原子核高考总复习·物理板块一板块二板块三课时达标目录板块一︿︿[知识梳理]1．原子的核式结构：在原子中心有一个很小的核，原子全部的________和几乎全部______都集中在核里，带负电的电子在核外空间绕核旋转．2

．光谱：用光栅或棱镜可以把光按波长展开，获得光的___________和______分布的记录．正电荷质量波长(频率)强度3．玻尔理论(1)定态：原子只能处于一系列________的能量状态中，在这些能量状态中原子是______的，电子虽然绕核运动，但

并不向外辐射能量．(2)跃迁：原子从一种定态跃迁到另一种定态时，它辐射或吸收一定频率的光子，光子的能量由这两个定态的能量差决定，即hν＝_________.(h是普朗克常量，h＝6.63×10－34J·s)(3)轨道：原子的不同能量状态跟电子在不同的圆周轨道绕核运动相对应．原子的定态是___

______，因此电子的可能轨道也是___________．不连续稳定Em－En不连续的不连续的4．氢原子的能级和轨道半径(1)氢原子的能级公式：En＝1n2E1(n＝1,2,3，„)，其中E1为基态能量，其数值为

E1＝__________.(2)氢原子的半径公式：rn＝_____(n＝1,2,3，„)，其中r1为基态半径，又称玻尔半径，其数值为r1＝0.53×10－10m.－13.6eVn2r1(3)氢原子的能级图．[基础小练]判断下列说法是否正确

(1)核式结构学说是卢瑟福在α粒子散射实验的基础上提出的，该实验是在真空中进行的．()(2)人们认识原子核具有复杂结构是从卢瑟福发现质子开始的．()(3)按照玻尔理论，核外电子均匀分布在各个不连续的轨道上．()√××(4)氢原子光谱是由一条一条亮线组成的．()(5)氢原子由能量为En的定态向低能

级跃迁时，氢原子辐射的光子能量为hν＝En.()(6)如果某放射性元素的原子核有10个，经过一个半衰期后还剩5个．()(7)质能方程表明在一定条件下，质量可以转化为能量．()√×××板块二︿︿[考法精讲]考法一能级图与氢原子的跃迁1．能级图

中相关量意义的说明相关量意义能级图中的横线表示氢原子可能的能量状态——定态横线左端的数字“1,2,3„”表示量子数横线右端的数字“－13.6，－3.4„”表示氢原子的能量相邻横线间的距离表示相邻的能量差，量子数越大相邻的能量

差越小，距离越小带箭头的竖线表示原子由较高能级向较低能级跃迁，原子跃迁的条件为hν＝Em－En2．两类能级跃迁(1)自发跃迁：高能级→低能级，释放能量，发出光子．光子的频率ν＝ΔEh＝E高－E低h.(2)受激跃迁：低能级→高能级，吸收能量．①光照(吸收光子)：光子的能量必须恰等于能级差hν

＝ΔE；②碰撞、加热等：只要入射粒子能量大于或等于能级差即可，E外≥ΔE；③大于电离能的光子被吸收，将原子电离．归纳总结谱线条数的确定方法(1)一个氢原子跃迁发出可能的光谱线条数最多为(n－1)．(2)一群氢原子跃迁发出可能的光谱线条数的两种求解方法：①用数学中的组合知识求解：N＝

C2n＝nn－12；②利用能级图求解：在氢原子能级图中将氢原子跃迁的各种可能情况一一画出，然后相加．【自主练1】(2019·烟台高三期末)(多选)一群处于n＝5能级的氢原子在向n＝1的能级跃迁的过程中(

)A．放出4种频率不同的光子B．放出10种频率不同的光子C．放出的光子的最大能量为13.06eV，最小能量为0.66eVD．放出的光子有的能使逸出功为13eV的金属发生光电效应现象BD解析一群处于n＝5的能级的氢原子向低能级跃迁，

共产生C25＝5×42＝10种频率不同的光子，故选项A错误，B正确；根据玻尔理论能级差越大跃迁放出的光子能量越大，故ΔEmax＝E5－E1＝－0.54eV－(－13.6eV)＝13.06eV，ΔEmin＝E5－E4＝－

0.54eV－(－0.85eV)＝0.31eV，选项C错误；因ΔEmax＝13.06eV>13eV，故光子的能量大于逸出功，可以使金属发光电效应，选项D正确．【自主练2】(2019·南通高三调研)(多选)已知氢原子基态能量为－13.6eV，下列说法正确的

有()A．使n＝2能级的氢原子电离至少需要吸收3.4eV的能量B．氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级，放出光子，能量增加C．处于基态的氢原子吸收能量为10.2eV的光子跃迁到n＝4激发态D．大量处于n＝3激发态的氢原子会辐射出3种不同频率的光子AD解析氢原子基

态能量为－13.6eV，则n＝2能级为E2＝－13.622eV＝－3.4eV，因此要使处于n＝2能级氢原子电离至少需要吸收能量3.4eV，故选项A正确；氢原子由n＝3能级跃迁到n＝2能级，放出光子，能量减少，故选项B错误

；处于基态的氢原子吸收能量为10.2eV的光子，能量为ΔE＝(13.6－10.2)eV＝3.4eV，因此会从n＝1能级跃迁到n＝2能级，故选项C错误；根据C23＝3，可知，大量处于n＝3能级的氢原子跃迁时能辐射出3种不同频

率的光子，故选项D正确．考法二原子核的衰变半衰期1．α衰变、β衰变的比较衰变类型α衰变β衰变衰变方程AZX→A－4Z－2Y＋42HeAZX→AZ＋1Y＋0-1e2个质子和2个中子结合成一个整体射出1个中子转化为1个质子和1个电子衰变

实质211H＋210n→42He10n→11H＋0-1e匀强磁场中轨迹形状衰变规律电荷数守恒、质量数守恒、动量守恒2．确定α、β衰变次数的两种方法方法1：确定衰变次数的方法是依据两个守恒规律，设放射性元素AZX经过n次α衰变和m次β衰变后，变成稳定的新元素A′Z′Y，则表示该核反应

的方程AZX→A′Z′Y＋n42He＋m0－1e.根据质量数守恒和电荷数守恒可列方程A＝A′＋4n，Z＝Z′＋2n－m，由以上两式联立解得n＝A－A′4，m＝A－A′2＋Z′－Z，由此可见，确定衰变次数可归结为求解一个二元一次方程组．方

法2：因为β衰变对质量数无影响，可先由质量数的改变确定α衰变的次数，然后再根据衰变规律确定β衰变的次数．3．半衰期(1)公式：N余＝N原12tτ，m余＝m原12tτ.(2)影响因素：放射性元素衰变的快慢是由原子核内部自身因素决定的，跟原子所处的物

理状态(如温度、压强)或化学状态(如单质、化合物)无关．【自主练3】(2019·河北辛集中学期末)(多选)下列说法正确的是()A.23290Th经过6次α衰变和4次β衰变后，成为稳定的原子核20882PbB．发现中子的核反应方程为94Be＋42He

→126C＋10nC．γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱D．氢原子核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，电子的动能减小，电势能增大，原子能量减小ABC解析23290Th经过6次α衰变和4次β衰变后

，质量数是A＝232－6×4＝208，电荷数Z＝90－2×6＋4＝82，成为稳定的原子核20882Pb，故选项A正确；发现中子的核反应方程是94Be＋42He→126C＋10n，故选项B正确；γ射线一般伴随着α或β射线产生，在这三种射线中

γ射线的穿透能力最强，电离能力最弱，故选项C正确；根据玻尔理论可知，核外电子从半径较小的轨道跃迁到半径较大的轨道时，氢原子的电势能增大，核外电子遵循ke2r2＝mv2r，据此可知电子的动能减小，再据能级与半径的关系可知，原子的能量随半径

的增大而增大，故选项D错误.【自主练4】(2019·德阳高三诊断)下列核反应方程中，属于β衰变的是()A.23490Th→23491Pa＋0-1eB.23892U→23490Th＋42HeC.147N＋42He→178O＋11HD.21H＋31H→42H

e＋10nA解析根据质量数守恒和核电荷数守恒可知，A生成的是电子，故A为β衰变；B生成的是α粒子，故B为α衰变；聚变是轻核生成重核，属于聚变的是C、D，故选项A正确，B、C、D错误．考法三核反应类型与核反应方程1．核反应的四种类型类型可控性核反应方程α衰变自发23892U→23490Th＋42

He衰变β衰变自发23490Th→23491Pa＋0-1e人工转变147N＋42He→178O＋11H(卢瑟福发现质子)42He＋94Be→126C＋10n(查德威克发现中子)2713Al＋42He→3015P＋10n30

15P→3014Si＋01e(约里奥·居里夫妇发现放射性同位素，同时发现正电子)重核裂变人工控制23592U＋10n→14456Ba＋8936Kr＋310n23592U＋10n→13654Xe＋9038Sr＋1010n轻核聚变

很难控制21H＋31H→42He＋10n2.核反应方程式的书写(1)熟记常见基本粒子的符号是正确书写核反应方程的基础．如质子(11H)、中子(10n)、α粒子(42He)、β粒子(0－1e)、正电子(01e)、氘核(21H

)、氚核(31H)等．(2)核反应过程一般都是不可逆的，所以核反应方程只能用单向箭头连接并表示反应方向，不能用等号连接．(3)核反应的生成物一定要以实验为基础，不能凭空只依据两个守恒规律杜撰出生成物来写核反应方程．(4)核反应过程中质量数守恒，核电荷数守恒．【自主练5】(2019·天津滨海新

区大港油田一中高三期中)(多选)下列说法正确的是()A.157N＋11H―→126C＋42He是α衰变方程B.11H＋21H―→32He＋γ是核聚变反应方程C.23892U―→23490Th＋42He是核裂变反应方程D.42He＋2713Al―→3015P＋10n是原子核的人工转变方程BD

解析选项A所给式不符合α衰变规律，所以不是α衰变方程，故选项A错误．核聚变指的是两个轻核结合成质量数较大的核，故选项B正确．铀核裂变过程中一定会产生中子，所给反应方程式没有中子产生，故选项C错误．选项D中方程代表的是原子核转变为另一种原子核的过程，是人工

转变方程，故选项D正确．【自主练6】(2018·天津卷)国家大科学过程——中国散裂中子源(CSNS)于2017年8月28日首次打靶成功，获得中子束流，可以为诸多领域的研究和工业应用提供先进的研究平台，下列核反应中放出的粒子为中子的是

()A.147N俘获一个α粒子，产生178O并放出一个粒子B.2713Al俘获一个α粒子，产生3015P并放出一个粒子C.115B俘获一个质子，产生84Be并放出一个粒子D.63Li俘获一个质子，产生32He并

放出一个粒子B解析根据质量数和电荷数守恒可知四个核反应方程分别为147N＋42He→178O＋11H、2713Al＋42He→3015P＋10n、115B＋42He→84Be＋73Li，63Li＋42He→32He＋73L

i，故选项B正确．考法四核能的计算1．质能方程的理解(1)一定的能量和一定的质量相联系，物体的总能量和它的质量成正比，即E＝mc2.方程的含义是：物体具有的能量与它的质量之间存在简单的正比关系，物体的能量增大，质量也增大；物体的能量减少，质量也减少．(2)核子在结合成原子核时出现质

量亏损Δm，释放的能量为ΔE＝Δmc2.(3)原子核分解成核子时要吸收一定的能量，相应的质量增加Δm，吸收的能量为ΔE＝Δmc2.2．核能释放的两种途径的理解中等大小的原子核的比结合能最大，这些核最稳定．

(1)使较重的核分裂成中等大小的核．(2)较小的核结合成中等大小的核，核子的比结合能都会增加，都可以释放能量．3．计算核能的几种方法(1)根据ΔE＝Δmc2计算，计算时Δm的单位是“kg”，c的单位是“m/s”，ΔE的单位是“J”．(

2)根据ΔE＝Δm×931.5MeV计算．因1原子质量单位“u”相当于931.5MeV的能量，所以计算时Δm的单位是“u”，ΔE的单位是“MeV”．(3)根据核子比结合能来计算核能原子核的结合能＝核子比结合能×核子数．【例题1】(2017·全国卷Ⅰ)大科学工程“人

造太阳”主要是将氘核聚变反应释放的能量用来发电．氘核聚变反应方程是21H＋21H→32He＋10n.已知21H的质量为2.0136u，32He的质量为3.0150u，10n的质量为1.0087u,1u相当于9

31MeV的能量．氘核聚变反应中释放的核能约为()A．3.7MeVB．3.3MeVC．2.7MeVD．0.93MeV[思维导引]题目中给出的质量单位是原子质量单位，且能量单位是Mev，求放出的核能．解析氘核聚变反应的质量亏损为Δ

m＝2×2.0136u－(3.0150u＋1.0087u)＝0.0035u，释放的核能为ΔE＝Δmc2＝0.0035×931MeV≈3.3MeV，选项B正确．答案B【跟踪训练1-1】(2019·昆明高三一模)(多选)铋在现代消防、电气、工业、医疗等领域有广泛的用途．以前铋被认

为是相对原子质量最大的稳定元素，但在2003年，人们发现了铋有极其微弱的放射性，一个铋210核(21083Bi)放出一个β粒子后衰变成一个钋核(21084Po)，并伴随产生了γ射线．已知铋210的半衰期为5天，该反应中铋核、β粒子、钋核的质量分别

为m1、m2、m3.下列说法正确的是()A．核反应中释放的能量是(m1－m2－m3)c2B．若有16个铋210核，经过20天后只剩下一个铋原子核C．β粒子是铋原子核外的电子电离形成的D．该核反应中释放出的γ射线是由新产生的钋原子核发生能级跃迁产生的答案AD解析

反应中亏损的质量为Δm＝m1－m2－m3，根据爱因斯坦的质能方程，得释放的能量是ΔE＝Δmc2＝(m1－m2－m3)c2，故选项A正确；半衰期具有统计意义，对大量的原子核适用，故选项B错误；β粒子是铋原子核内的中子转化为质子同时释放一个

电子，故选项C错误；放射性的原子核在发生β衰变后产生的新核往往处于高能级，这时它要向低能级跃迁，辐射γ光子，即γ射线，故选项D正确．【跟踪训练1-2】(2019·南京、盐城高三二模)(多选)放射性元素氡(22286Rn)的半衰期为T

，氡核放出一个X粒子后变成钋核(21884Po)，设氡核、钋核和X粒子的质量为m1、m2、m3，下列说法正确的是()A．该过程的核反应方程是22286Rn→21884Po＋42HeB．发生一次核反应释放的核能为(m2＋m3－m1)c2C．1g氡经2

T时间后，剩余氡原子的质量为0.5gD．钋核的比结合能比氡核的比结合能大AD解析根据核反应过程质量数守恒，电荷数守恒，该核反应方程是22286Rn→21884Po＋42He，故选项A正确；聚变反应中亏损的质量转化为能量，释放的核能为E

＝(m1－m2－m3)c2，故选项B错误；1g氡经2T时间后，剩余氡原子的质量为0.25g，故选项C错误；从氡核衰变到钋核放出核能，所以钋核的比结合能比氡核的比结合能大，故选项D正确．【跟踪训练1-3】(2019·咸阳一模)首次用实验验证

“爱因斯坦质能方程”的核反应方程是73Li＋11H→k42He，已知mLi＝7.0160u,mH＝1.0078u,mHe＝4.0026u，则该核反应方程中的k值和质量亏损分别是()A．14.0212uB．12.0056uC．20.0186uD．21.9970uC解析根据核

反应前后质量数守恒和电荷数守恒可得7＋1＝4×k,3＋1＝2×k可得k＝2；反应前的总质量m前＝mLi＋mH＝7.0160u＋1.0078u＝8.0238u，反应后的总质量m后＝2mHe＝2×4.0026u＝8.0052u，反应前后质量亏损为Δm

＝m前－m后＝8.0238u－8.0052u＝0.0186u，故选项A、B、D错误，C正确．[典例诊断]【例题2】氢原子的能级如图所示，大量氢原子从n＝4的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光a，从n＝3的能级向n＝2的能级跃迁时辐射出可见光b，则()A．氢原子

从高能级向低能级跃迁时可能会辐射出γ射线B．氢原子从n＝4的能级向n＝3的能级跃迁时会辐射出紫外线C．在水中传播时，a光较b光的速度小D．氢原子在n＝2的能级时可吸收任意频率的光而发生电离[错解分析](1)错选A或B：审题不仔细，不会比较可见光α

、紫外线、γ射线能量间的关系．(2)错选D：不清楚“跃迁”与“电离”的区别，不能根据hν＝Em－En进行判断．答案C解析原子外层电子跃迁产生的只能是光波，γ射线由核衰变获得，选项A错误；氢原子从n＝4能级向n＝3能级跃迁时产生的光的频率比从n＝3能级向n＝2能级跃迁放出的

光子频率还小，不可能是紫外线，选项B错误；a光能量大，频率大，在水中的速度小，选项C正确；n＝2能级的电离能为3.4eV，只有大于此能量的光子才能发生电离，选项D错误．易错警示γ射线与原子发光的异同γ射线是原子核发生衰变时放出的，原子

跃迁仅仅是电子在原子核外部不同轨道上的跃迁，只能吸收或放出一定频率的光子，不可能放出γ射线．【跟踪训练2】(2019·郴州质检)下列说法正确的是()A．光电效应是原子核吸收光子向外释放电子的现象B．康普顿在研究石墨对X

射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大C．玻尔首先把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念D．由147N＋42He→178O＋11H可知，在密闭的容器中混合存放一定比例的氦气和氮气，几天后将有氧气生成B解析光电效应是

核外电子吸收光子向外释放电子的现象，选项A错误；康普顿在研究石墨对X射线的散射时发现，有些散射波的波长比入射波的波长略大，有些散射波的波长与入射波的波长相等，选项B正确；普朗克首先把能量子引入物理学，正确地破除了“能量连续变化”的传统观念，选项C错误；卢瑟福发现质子的核反应

是用高速α粒子作为“炮弹”轰击氮核，选项D错误．板块三︿︿1．(2019·濮阳高三模拟)下列说法正确的是()A．β衰变所释放的电子是原子核外电子电离所形成的B．大量氢原子从n＝3能级向低能级跃迁时最多辐射两种不同频率的光C．紫外线照射

锌板表面发生光电效应，则增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出光电子的最大初动能也随之增大D．氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，核外电子动能增大，氢原子总能量减少D解析发生β衰变的过程为一个中子变为质子同时放出一个电子，并非原子核外的电子电离形成

的，故选项A错误；大量氢原子从n＝3能级向低能级跃迁时最多辐射C23＝3种不同频率的光，故选项B错误；紫外线照射到金属锌板表面时能够发生光电效应，则当增大紫外线的照射强度时，从锌板表面逸出的光电子的最

大初动能不变，而光电子数目可能增加，故选项C错误；氢原子从较高的激发态跃迁到较低的激发态时，电子的轨道半径变小，根据ke2r2＝mv2r知核外电子动能增大，氢原子总能量E＝12mv2－ke2r＝－ke22r减少，故选项D正确．2．(2019·葫芦岛一模)如图所示，氢原子在不同能级间发生的a、b、c

三种跃迁时，释放光子的频率分别是νa、νb、νc，下列关系式正确的是()A．νb＝νa＋νcB．νa＝νbνcνb＋υcC．νb＝νaνcνa＋υcD．νc＝νbνaνa＋νcA解析因为Em－En＝hν，知Eb＝Ea＋Ec，即

hνb＝hνa＋hνc，解得νb＝νa＋νc，故选项A正确．3．(2019·邯郸一模)(多选)如图所示是氢原子的能级示意图，大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出6种不同频率的光子，分别用它们照射某种金属板时，只有频率分别为ν1、ν2、ν3、ν4(ν

1＞ν2＞ν3＞ν4)的四种光能发生光电效应．则普朗克常量可表示为()A.13.6eVν1B.12.09eVν2C.7.2eVν3D.2.55eVν4BD解析大量处于基态的氢原子吸收了某种单色光的能量后能发出6种不同频率的光子，可知氢原子从n＝1跃迁到

了n＝4能级，根据能级差可知从n＝4跃迁到n＝1放出光子的频率最大即ν1，有E4－E1＝hν1，可得h＝12.75eVν1，故选项A错误；根据能级差可知从n＝3跃迁到n＝1放出光子的频率为ν2，有E3－E1＝hν2，可得h＝12.09eVν2，故选项B正确；根据能级

差可知从n＝2跃迁到n＝1放出光子的频率为ν3，有E2－E1＝hν3，可得h＝10.2eVν3，故选项C错误；根据能级差可知从n＝4跃迁到n＝2放出光子的频率为ν4，有E4－E2＝hν4，可得h＝2.55eVν4，故选项D正确．